一种无机粘结剂砂基透水砖的制作方法

本实用新型属于建筑材料领域，更具体地，涉及一种高性能、成分简单的无机粘结剂砂基透水砖。

背景技术：

随着城镇化建设的不断推进，城市数量和规模迅速增长。在城市建设的规划设计中，为了提高市容市貌，改善路面通过性，通常采用难渗水的混凝土层、沥青或混凝土砖对路面进行覆盖，这些硬质化路面阻断了城市地表与大气的热量和水分交换，雨水也难以渗透至地下土壤，使地表土壤缺水严重，导致城市园林绿化成本显著提高，同时也加大了城市发生内涝和热岛效应的风险。为提高城市路面排水能力，通常会建立地下排水系统，但在雨季或面临大暴雨，地下排水系统的局限性使城市的看海现象已经成为一种常态。

为缓解城市的内涝和热岛现象，在2012年举办的低碳城市与区域发展科技论坛中提出海绵城市理念，其原理就是让城市地面能够像海绵一样，雨水能够及时通过地面渗透至地表土壤中，清热天气能够缓慢释放土壤中的水分以调节城市温度和湿度。因此，海绵城市能有效解决因当前地面硬质层不渗水带来的各种城市问题。中央城镇化工作会议中指出“建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市”，为此，需要有效利用城市中70％的雨水，敦促各级政府和部门积极推进海绵城市建设工作，以最大限度减少城镇化对自然环境的不利影响。

海绵城市建设的核心是海绵体，而天然土壤是海绵体，它对雨水具有储存、净化及循环利用的功能，如城市中的绿化带、花园和公园等。但当前不透水路面占据了城市的大部分面积，使不透水路面成为海绵体才是建设海绵城市的重点。而透水路面砖作为当前一种有效的海绵体成为海绵城市建设的重要结构材料和装饰材料。透水砖类似海绵，具有无规则多孔结构，这些多孔结构提高了砖体内部的比表面积，具有明显的透水和蓄水功能，而且有一定的过滤效果，能够清洁雨水。因此，透水砖孔隙结构不仅影响透水性，也同时影响其强度和耐磨性。

目前，市场上的透水砖主要有三类，陶瓷透水砖、混凝土透水砖和砂基透水砖。陶瓷透水砖以粉煤灰或工业建筑垃圾为主要原料，通过筛分-球磨-干燥-破碎-筛分-造粒-压坯-烧结等工艺成形，它能降低工业垃圾对城市环境的影响，但制造工艺复杂，成本较高，且烧结工艺需要大量煤炭资源，对环境产生一定程度的污染。混凝土透水砖以废旧混凝土为主要骨料，经破碎-筛分后，与水泥混合搅拌-压坯-养护等工艺成形，该工艺能大量减少建筑垃圾并可减少天然砂石的开采，但砖体表面不均匀，装饰效果较差，骨料颗粒表面粗糙、外形尖锐，孔隙尺寸和孔隙率不易调控，性能较差。砂基透水砖采用一定粒径范围的天然砂或人工砂为面料，以碎石或石粉为主要底料，筛分后与粘结剂进行混合，通过搅拌-压坯-养护等工艺成形，在面层加入色粉，可以起到较好的装饰效果。该工艺节能环保，已成为透水砖的主要生产工艺。

现有砂基透水砖通常采用水泥作粘结剂、粒径范围较宽的砂粒作为面层骨料，由于粒径范围宽，大小颗粒之间的流动性差异较大，且小粒径砂粒在其表面水膜的表面张力和缔合作用下容易团聚，使面砂与水泥混合不均匀，且成形后的面层成份分布不均匀，导致面砂强度和耐磨性偏低。为提高其强度和耐磨性，通常增加水泥含量并加入减水剂来提高面层强度和耐磨性，但面层的孔隙尺寸和孔隙率减小，透水性能降低。因此，现有水泥砂基透水砖的透水性与强度和耐磨性难以兼顾。

为解决此问题，需要开发一种高性能无机粘结剂砂基透水砖，提高无机粘结剂砂基透水砖的透水性、强度和耐磨性，以克服现有树脂粘结剂砂基透水砖成本高、耐候性差、组份多、工艺复杂、操作难度大的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷和改进需求，本实用新型申请提供一种组份简单的高性能无机粘结剂砂基透水砖，其目的在于，采用粒径适中且分布范围窄、粒形较好的面层骨料以及底层骨料，使面层骨料流动性更均衡且与无机粘结剂接触面积增大而提高面层孔隙均匀性和相邻砂粒间的粘结强度，底层骨料与无机粘结剂间透水率和强度得到保证，同时，底层和面层在厚度和孔隙率上进行设计以保证强度和透水率的平衡，本实用新型的无机粘结剂砂基透水砖强度、耐磨性和透水率可同时兼顾。

本实用新型提供一种无机粘结剂砂基透水砖，其包括面层和底层，面层为面砂和无机粘结剂制成，底层为底层骨料和无机粘结剂制成，面砂粒径为30～60目，面砂角形系数不大于1.3，底层骨料粒径1mm～10mm，底层骨料角形系数不大于1.5。

进一步的，面层厚度为8mm～10mm，底层厚度大于40mm。

进一步的，面层的孔隙率在28％-33％之间。

进一步的，面层孔隙尺寸在0.1mm～0.3mm之间。

进一步的，底层孔隙率为35％～40％。

进一步的，面层所需的无机粘结剂为硅酸盐水泥，牌号42.5的硅酸盐水泥重量为面层所需硅酸盐水泥总重量的80％以上。底层所需的无机粘结剂为硅酸盐水泥，牌号32.5的硅酸盐水泥重量为底层所需硅酸盐水泥总重量的80％以上。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

面砂粒径在30目～60目间，角形系数不大于1.3，可提高面层与承载物的接触面积，从而降低应力，提高疲劳强度和耐磨性。面层厚度8-10mm，孔隙率在28％-33％之间，孔隙尺寸在0.1-0.3mm以内，可保证良好透水率的同时防止孔隙被泥沙堵塞。透水砖的整体承载强度由底层决定，保证使用强度需底层厚度大于40mm，骨料粒径1-10mm，可以提高单位面积的粘结桥数量从而保证强度，同时保证孔隙率。孔隙率35-40％大于面层孔隙率，以保证面层透水速率。角形系数不大于1.5，减小底层在承载过程中的应力，削弱应力集中，提高使用寿命。面层和底层相配合，综合作用，加上工艺改进，最终获得的综合性能良好的透水砖，同时兼顾了透水性、疲劳强度、耐磨性和使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例中无机粘结剂砂基透水砖的结构示意图。

在以上附图中，相同的附图标记表示相同的结构或者元件，其中

1-面层2-底层

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型实施例中无机粘结剂砂基透水砖的结构示意图，由图可知，其包括面层1和底层2，面层为面砂和无机粘结剂制成，底层为底层骨料和无机粘结剂制成，面砂粒径为30～60目，面砂角形系数不大于1.3，底层骨料粒径1mm～10mm，底层骨料角形系数不大于1.5。

在本实用新型的一个实施例中，面层厚度为8mm～10mm，底层厚度大于40mm。面层的孔隙率在28％-33％之间，面层孔隙尺寸在0.1mm～0.3mm之间，底层孔隙率为35％～40％。面层所需的无机粘结剂为硅酸盐水泥，牌号42.5的硅酸盐水泥重量为面层所需硅酸盐水泥总重量的80％以上。底层所需的无机粘结剂为硅酸盐水泥，牌号32.5的硅酸盐水泥重量为底层所需硅酸盐水泥总重量的80％以上。其中，面砂粒径在30目～60目间，角形系数不大于1.3，可提高面层与承载物的接触面积，从而降低应力，提高疲劳强度和耐磨性。面层厚度8-10mm，孔隙率在28％-33％之间，孔隙尺寸在0.1-0.3mm以内，可保证良好透水率的同时防止孔隙被泥沙堵塞。与此相匹配的，透水砖的整体承载强度由底层决定，保证使用强度需底层厚度大于40mm，骨料粒径1-10mm，可以提高单位面积的粘结桥数量从而保证强度，同时保证孔隙率。孔隙率35-40％大于面层孔隙率，以保证面层透水速率。角形系数不大于1.5，减小底层在承载过程中的应力，削弱应力集中，提高使用寿命。面层和底层相配合，综合作用，加上工艺改进，最终获得的综合性能良好的透水砖。

本实用新型公开了一种高性能无机粘结剂砂基透水砖及其制备工艺，属于建筑材料领域。本实用新型的方法为：

(1)测量面砂和底层骨料的含水量，

称取制备面层所需要的硅酸盐水泥、水和色粉的加入量，其中，硅酸盐水泥加入量为面砂重量的20％～30％，水的加入量为硅酸盐水泥重量的20％～30％，色粉加入总量不大于硅酸盐水泥重量的5％，

称取制备底层所需要的硅酸盐水泥和水的加入量，其中，硅酸盐水泥加入量为底层骨料重量的20％～30％，水的加入量为硅酸盐水泥重量的25％～30％；

(2)将面层中的硅酸盐水泥与色粉在干混条件下搅拌以混合均匀，以提高上色均匀性并减少面料混合时间；

少量多次向面砂中加入水，第一次加入的水量为理论计算的加水量减去面砂的含量水，第一次搅拌面砂，搅拌时间为30s～40s，第一搅拌中，面砂中的含水量为制备面层所需水总质量的55％～65％，接着向第一次搅拌后的面砂中加入硅酸盐水泥与色粉的混合料，加入量为制备面层所需要硅酸盐水泥与色粉总质量的55％～65％，第二次搅拌，搅拌时间为55s～65s，再一次向面砂中加入水，第三次搅拌，搅拌时间为35s～45s，最后加入余下的硅酸盐水泥与色粉的混合料，第四次搅拌，搅拌时间为55s～65s，获得搅拌好的面料，

(3)少量多次向底层骨料中加入水，第一次加入的水量为理论计算的加水量减去底层骨料的含量水，第一次搅拌底层骨料，第一搅拌中，底层骨料中的含水量为制备底层所需水总量的55％～65％，第一次搅拌时间为40s～50s，接着加入硅酸盐水泥，加入硅酸盐水泥的质量为制备底层所需硅酸盐水泥总质量的55％～65％，第二次搅拌，搅拌时间为75s～85s，继续加入余量的水，第三次搅拌，第三次搅拌时间为45s～55s，最后加入余量硅酸盐水泥，第四次搅拌，第四次搅拌时间为55s～65s，获得搅拌好的底料，

(4)将搅拌好的面料进行过筛后送入透水砖生产设备的面料储料仓，将搅拌好的底料送入透水砖生产设备的底料储料仓，进行生产。

具体工程实践中，可以按照如下步骤实现：(1)按生产要求称取所需的面砂和底层骨料，面砂的粒径范围为0.25mm～0.6mm，角形系数不大于1.3，底层骨料粒径范围为1mm～10mm，角形系数不大于1.5，测量面砂和底层骨料的含水量；(2)按灰料比和水灰比分别计算透水砖面层和底层所需的硅酸盐水泥、水或色粉的用量；(3)面层所需水泥与色粉在干混条件下进行搅拌混合均匀；(4)面砂先与部分水混合后加入步骤(3)中部分混合料进行搅拌，然后依次加入剩下的水、剩下的混合料分别进行搅拌均匀待用；(5)底层骨料先与部分水混合后再加入部分水泥进行搅拌，然后依次加入剩下的水、剩下的水泥分别进行搅拌均匀待用；(6)将搅拌好的面料进行过筛后送入透水砖生产设备的面料储料仓，将搅拌好的底料送入透水砖生产设备的底料储料仓，开启制砖设备进行生产。

本实用新型采用粒径适中且分布范围窄、粒形较好的面砂作为骨料，使面砂流动性更均衡且与水泥接触面积增大而提高面层孔隙均匀性和相邻砂粒间的粘结强度，改变了面料和底料中水、水泥、面砂和底料的加入次数和加入时机，改变了水泥和面砂以及水泥和底料之间的结合力和孔隙结构，通过两次“水-水泥”加入法提高水泥与水的接触面积，使水泥更充分水化而提高自身凝结强度，避免了增加水泥含量的方法来提高强度。由上述面砂优化和改变混料方法可提高透水砖面层强度、耐磨性和透水性。最终本实用新型方法解决了现有无机粘结剂砂基透水砖强度、耐磨性和透水率不可兼顾的难题，也解决了现有砂基透水砖采用有机粘结剂提高强度、耐磨性和透水率而降低耐候性和使用寿命的问题。

为了更好的说明本实用新型方法，先结合具体的实施例进一步详细说明。

实施例1：

面砂粒径为30目，角形系数不大于1.1，可提高面层与承载物的接触面积，从而提高疲劳强度和耐磨性。面层厚度8.5mm，孔隙率在28％-29％之间，孔隙尺寸在0.1～0.2mm以内，可保证良好透水率的同时防止孔隙被泥沙堵塞。底层厚度41mm，骨料粒径4～10mm，可以提高单位面积的粘结桥数量从而保证强度，同时保证孔隙率。孔隙率30～40％，其大于面层孔隙率，以保证面层透水速率。角形系数不大于1.5，减小底层在承载过程中的应力，提高使用寿命。面层和底层相配合，最终透水砖同时兼顾了透水性、疲劳强度、耐磨性和使用寿命。

实施例2：

面砂粒径为60目，角形系数不大于1.1，可提高面层与承载物的接触面积，从而提高疲劳强度和耐磨性。面层厚度8mm，孔隙率在28％-30％之间，孔隙尺寸在0.2～0.3mm以内，可保证良好透水率的同时防止孔隙被泥沙堵塞。底层厚度50mm，骨料粒径1～4mm，可以提高单位面积的粘结桥数量从而保证强度，同时保证孔隙率。孔隙率35～38％，其大于面层孔隙率，以保证面层透水速率。角形系数不大于1.5，减小底层在承载过程中的应力，提高使用寿命。面层和底层相配合，最终透水砖同时兼顾了透水性、疲劳强度、耐磨性和使用寿命。

实施例3：

面砂粒径为40目，角形系数不大于1.25，可提高面层与承载物的接触面积，从而提高疲劳强度和耐磨性。面层厚度10mm，孔隙率在31％-33％之间，孔隙尺寸在0.25～0.3mm以内，可保证良好透水率的同时防止孔隙被泥沙堵塞。底层厚度55mm，骨料粒径1～5mm，可以提高单位面积的粘结桥数量从而保证强度，同时保证孔隙率。孔隙率35～40％，其大于面层孔隙率，以保证面层透水速率。角形系数不大于1.5，减小底层在承载过程中的应力，提高使用寿命。面层和底层相配合，最终透水砖同时兼顾了透水性、疲劳强度、耐磨性和使用寿命。

实施例4：

面砂粒径为50目，角形系数不大于1.3，可提高面层与承载物的接触面积，从而提高疲劳强度和耐磨性。面层厚度9mm，孔隙率在30％-33％之间，孔隙尺寸在0.1～0.3mm以内，可保证良好透水率的同时防止孔隙被泥沙堵塞。底层厚度65mm，骨料粒径6～10mm，可以提高单位面积的粘结桥数量从而保证强度，同时保证孔隙率。孔隙率35～40％，其大于面层孔隙率，以保证面层透水速率。角形系数不大于1.5，减小底层在承载过程中的应力，提高使用寿命。面层和底层相配合，最终透水砖同时兼顾了透水性、疲劳强度、耐磨性和使用寿命。

实施例5：

面砂粒径为45目，角形系数不大于1.3，可提高面层与承载物的接触面积，从而提高疲劳强度和耐磨性。面层厚度9.50mm，孔隙率在28％-32％之间，孔隙尺寸在0.1～0.3mm以内，可保证良好透水率的同时防止孔隙被泥沙堵塞。底层厚度大于40mm，骨料粒径8～10mm，可以提高单位面积的粘结桥数量从而保证强度，同时保证孔隙率。孔隙率35～40％，其大于面层孔隙率，以保证面层透水速率。角形系数不大于1.5，减小底层在承载过程中的应力，提高使用寿命。面层和底层相配合，最终透水砖同时兼顾了透水性、疲劳强度、耐磨性和使用寿命。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。